强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法制造方法及图纸

强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法，强化冷凝换热的疏水基板包括基底和凸起，所述凸起设置在所述基底的表面，部分所述凸起的表面加工为亲水表面，所述凸起的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起的间距为10微米至100微米。该强化冷凝换热的疏水基板通过凸起的亲水表面促进冷凝过程中冷凝液滴的成核。

【技术实现步骤摘要】
强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法
本专利技术涉及强化冷凝换热
，具体涉及强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法。
技术介绍
冷凝过程中液滴的成核和生成液滴的排出广泛存在于自然界及工业生产和科学研究中，在能源、化工、医疗、海水淡化、液滴收集、分子生物学等领域具有广泛应用。例如在冷凝设备中，滴状冷凝过程主要包括液滴生成(成核)、液滴生长、以及液滴脱离三个过程。如何促进液滴的成核以及生成液滴的及时脱离，是强化冷凝换热过程、提高冷凝设备效率需要解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法，该强化冷凝换热的疏水基板及装置与方法能够有效的促进冷凝过程中冷凝液滴的成核过程，同时促进生成冷凝液滴的运动，使生成的冷凝液滴及时排出，从而促进冷凝换热过程。其技术方案如下：强化冷凝换热的装置，包括疏水基板，疏水基板表面为疏水表面；疏水基板设有多个位于疏水基板表面上的亲水人工核化点，亲水人工核化点表面为亲水表面；在疏水基板的表面上，冷凝液滴在疏水基板长度方向上的一侧所处的位置或靠近疏水基板中部的一侧所处的位置或远离疏水基板中部的一侧所处的位置为第一侧位，冷凝液滴的另一侧所处的位置为第二侧位，第一侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第一侧位总面积之比为第一面积分数，第二侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第二侧位总面积之比为第二面积分数，第一面积分数大于第二面积分数。多个亲水人工核化点分别排成相互平行且与冷凝液滴的运动方向垂直的人工核化列，亲水人工核化点分布的密度沿与人工核化列垂直的方向逐渐增大。同一人工核化列内的亲水人工核化点均匀分布。亲水人工核化点的分布密度由中部向四周逐渐减小或增大。疏水基板表面为润湿梯度表面，疏水基板表面亲水性增大的方向与第一侧位朝向第二侧位的方向的夹角大于90°。疏水基板表面为超疏水表面。所述疏水基板包括基底和凸起，所述凸起设置在所述基底的表面，部分所述凸起的表面加工为亲水表面，所述凸起的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起的间距为10微米至100微米。所述凸起为圆柱形，所述凸起的直径为5至15微米。所述第二侧位的所述凸起之间的间距，大于位于所述第一侧位的所述凸起之间的间距。由所述第二侧位向所述第一侧位间的过渡的方向为梯度方向，所述梯度方向上的所述凸起之间的间距差相同或逐渐减小，且呈等差减小。所述第一侧位内含有的具有亲水表面的所述凸起的数量与第一侧位总面积之比为第一数量分数；所述第二侧位内含有的具有亲水表面的所述凸起的数量与第二侧位的面积之比为第二数量分数，所述第一数量分数比所述第二数量分数大。位于所述第二侧位的所述凸起之间的间距，大于位于所述第一侧位的所述凸起之间的间距。所述凸起的高度为15微米至25微米，相邻之间的所述凸起的间距为20微米至70微米。所述凸起的高度为20微米，相邻之间的所述凸起的间距为20微米或25微米或30微米或35微米或40微米。强化冷凝换热的方法，包括以下步骤，冷凝液滴在疏水基板表面以及亲水人工核化点成核，亲水人工核化点表面为亲水性表面，疏水基板表面为疏水性表面，冷凝液滴在亲水人工核化点表面较疏水基板表面更容易成核；冷凝液滴在疏水基板长度方向上的一侧所处的位置或靠近疏水基板中部的一侧所处的位置或远离疏水基板中部的一侧所处的位置为第一侧位，冷凝液滴的另一侧所在的位置为第二侧位，第一侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第一侧位总面积之比为第一面积分数，第二侧位内含有的亲水人工核化点的面积与第二侧位总面积之比为第二面积分数，第一面积分数大于第二面积分数，当冷凝液滴从外界获得的能量和/或自身积聚的能量超过冷凝液滴边缘脱离第二侧位所需要克服的能量时，冷凝液滴由第二侧位向第一侧位移动。在冷凝液滴由第二侧位向第一侧位移动步骤中，还包括以下步骤，冷凝液滴脱离第一侧位和第二侧位所需要克服的能量分别为第一移动能和第二移动能，第一移动能大于第二移动能；冷凝液滴从外界获得的能量和/或自身积聚的能量首先超过第二移动能，达到冷凝液滴脱离第二侧位的条件；冷凝液滴从第二侧位向第一侧位移动。在冷凝液滴从第二侧位向第一侧位移动的步骤后，还包括以下步骤，冷凝液滴仍位于疏水基板表面；冷凝液滴的边缘位于新的第一侧位和新的第二侧位；冷凝液滴脱离新的第一侧位和新的第二侧位所需要克服的能量分别为新的第一移动能和新的第二移动能，新的第一移动能大于新的第二移动能；冷凝液滴从外界获得的能量和/或自身积聚的能量首先超过新的第二移动能，达到冷凝液滴脱离新的第二侧位的条件；冷凝液滴从新的第二侧位向新的第一侧位移动。强化冷凝换热的方法，包括以下步骤，冷凝液滴在凸起的表面以及凸起的亲水表面成核，所述凸起的亲水表面为亲水性表面，所述凸起的表面为疏水性表面，所述冷凝液滴在凸起的亲水表面较凸起的表面更容易成核；所述冷凝液滴在疏水基板长度方向上的一侧所处的位置或靠近疏水基板中部的一侧所处的位置或远离疏水基板中部的一侧所处的位置为第一侧位，所述冷凝液滴的另一侧所在的位置为第二侧位，所述第一侧位内含具有亲水表面的所述凸起的数量与第一侧位总面积之比为第一数量分数，所述第二侧位内含具有亲水表面的所述凸起的数量与第二侧位总面积之比为第二数量分数，所述第一数量分数大于第二数量分数，当冷凝液滴从外界获得的能量和/或自身积聚的能量超过冷凝液滴边缘脱离第二侧位所需要克服的能量时，冷凝液滴由第二侧位向第一侧位移动。需要说明的是：加工为亲水表面是指加工凸起的顶面，使液滴与凸起的接触角改变，形成亲水效果。前述“第一、第二、第三……”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。前述中的“垂直”、“平行”、“均匀分布”可以有一定的误差。下面对本专利技术的优点或原理进行说明：1、冷凝液滴冷凝时容易在亲水表面成核，将亲水性高的亲水人工核化点设置在疏水基板上，从而提高了冷凝液滴在疏水基板上的成核密度与速度，进而促进冷凝过程中冷凝液滴的成核过程。通过设置多个亲水人工核化点以提高冷凝过程中冷凝液滴的成核密度。冷凝液滴在生长过程中与相邻的冷凝液滴相互合并形成更大的冷凝液滴，在此合并过程中冷凝液滴可能获得足够的能量，并在疏水基板上发生运动；冷凝液滴合并生长后，也可能由于受自身重力和/或外部其他(如振动等)因素作用，也能使得冷凝液滴获得足够的能量在疏水基板上发生运动。冷凝液滴在移动时，需要一定能量克服疏水基板和其中所包含的亲水人工核化点对冷凝液滴产生的阻力，第一面积分数大于第二面积分数，使得第一侧位的疏水基板和亲水人工核化点产生的阻力大于第二侧位的疏水基板和亲水人工核化点产生的阻力。冷凝液滴在生长过程中其获得或积累的能量达到冷凝液滴在脱离第一侧位需要的能量之前，先达到了脱离第二侧位需要的能量，从而使得冷凝液滴从第二侧位向第一侧位移动，促进冷凝液滴的移动，更容易将冷凝液滴排出，使表面维持滴状冷凝状态，从而实现促进冷凝热交换的过程。实现了通过多个亲水人工核化点增加冷凝液滴的成核密度，同时利用亲水人工核化点的非均匀分布，促进冷凝液滴的移动，使冷凝液滴及时排出，促进冷凝换热过程，从而提高冷凝换热的效率。2、亲水人工核化点分布的密度沿与人工核化列垂直的方向逐渐增大，能促进冷凝液滴向亲水人工核化点分布较密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，包括基底(111)和凸起(112)，所述凸起(112)设置在所述基底(111)的表面，所述凸起(112)的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起(112)的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起(112)的间距为10微米至100微米。

【技术特征摘要】
1.强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，包括基底(111)和凸起(112)，所述凸起(112)设置在所述基底(111)的表面，所述凸起(112)的高度差为自身高度的五分之一以内，且所述凸起(112)的高度为5微米至40微米，相邻之间的所述凸起(112)的间距为10微米至100微米。2.如权利要求1所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，疏水基板(11)的表面上，所述冷凝液滴(13)在疏水基板(11)长度方向上的一侧所处的位置或靠近疏水基板(11)中部的一侧所处的位置或远离疏水基板(11)中部的一侧所处的位置为第一侧位(14)，所述冷凝液滴(13)的另一侧所处的位置为第二侧位(15)。3.如权利要求2所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，所述第二侧位(15)的所述凸起(112)之间的间距，大于位于所述第一侧位(14)的所述凸起(112)之间的间距。4.如权利要求3所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，由所述第二侧位(15)向所述第一侧位间(14)的过渡的方向为梯度方向，所述梯度方向上的所述凸起(112)之间的间距差相同或逐渐减小，且呈等差减小。5.如权利要求2至4任一项所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，部分所述凸起(112)的表面加工为亲水表面，所述第一侧位(14)内含有的具有亲水表面的所述凸起(112)的数量与第一侧位(14)总面积之比为第一数量分数；所述第二侧位(15)内含有的具有亲水表面的所述凸起(112)的数量与第二侧位(15)的面积之比为第二数量分数，所述第一数量分数比所述第二数量分数大。6.如权利要求1至4任一项所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，所述凸起(112)的高度为15微米至25微米，相邻之间的所述凸起(112)的间距为20微米至70微米。7.如权利要求6所述的强化冷凝换热的疏水基板，其特征在于，所述凸起(112)的高度为20微米，相邻之间的所述凸起(112)的间距为20微米或25微米或30微米或35微米或40微米。8.强化冷凝换热的装置，其特征在于，包括前述权利要求1至7所述的疏水基板(11)，所述疏水基板(11)表面为疏水表面；所述疏水基板(11)设有多个位于疏水基板(11)的表面的亲水人工核化点(12)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑香，徐立，童军杰，聂宇宏，苏一丹，黄维新，李建斌，
申请(专利权)人：广州航海学院，
类型：发明
国别省市：广东,44